Ultralyd Basert Vurdering av Coronary Artery Flow og Coronary Flow Reserve Bruke Trykkload Model i Mus

1Cardiac Muscle Research Laboratory, Cardiovascular Division, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, 2Division of Cardiovascular Medicine, Chi-Mei Medical Center, Tainan
* These authors contributed equally
Published 4/13/2015
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Medicine

Your institution must subscribe to JoVE's Medicine section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Summary

Cite this Article

Copy Citation

Chang, W. T., Fisch, S., Chen, M., Qiu, Y., Cheng, S., Liao, R. Ultrasound Based Assessment of Coronary Artery Flow and Coronary Flow Reserve Using the Pressure Overload Model in Mice. J. Vis. Exp. (98), e52598, doi:10.3791/52598 (2015).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

Klinisk aortastenose (AS) er kjent for å fremme en progressiv økning i venstre ventrikkel (LV) load. For å kompensere for dette kronisk stigende hemodynamisk belastning, LV hypertrofi (VVH) følger som en adaptiv respons 1,2. Utviklingen av VVH er ofte forbundet med unormalt i koronar mikrosirkulasjonen. Det er antatt at mikrovaskulær dysfunksjon bidrar til kronisk iskemi hos disse pasientene fem. I tillegg til den koronare strømmen 3,4, koronar strømning reserve (CFR) representerer funksjonelle forandring av koronararteriene 1,3 og er definert som forholdet mellom maksimal strømningshastighet i hyperemia til referansestrømningshastighet eller hviler strømningshastigheten 4,6,7. CFR blir redusert under LV ombygging 1-3,5-9 og anvendes som en indeks for den grad av funksjonell alvorlighetsgraden av koronar dysfunksjon 1,10,17. Det er kjent for å være svekket i mange former for dilatert kardiomyopati 10 og også koronar stenosis 6. CFR er også en prognostisk markør for dårlige kliniske resultater 12.

LV ombygging i innstillingen av hjerteproblemer som for eksempel iskemi eller VVH er også ledsaget av omfattende fibrose, endringer i koronar mikrosirkulasjonen og fortykkelse av koronararteriene 1,2. Som et resultat av disse endringene i koronar fysiologi, er det sannsynlig at ombygging av koronararteriene. Dette bidrar til å dempe virkningene av lav oksygendiffusjon og LV diastolisk dysfunksjon som kan resultere i mottakelighet for myokardiskemi 1,2,13.

Genmodifiserte mus er nå en utbredt utprøvende verktøy for å etterligne menneskelige sykdomstilstander som for eksempel koronar aterosklerose 5,7,10,12,17. Spesielt trykk overbelastning modell i mus har blitt mye studert 14,17. Den trans-aorta-modell innsnevring (TAC) er blitt vist å være assosiert med omfattende fibrose og KORONARy stenose resulterer delvis fra mediale fortykkelse av koronararteriene og med tilhørende endringer i koronar strømningsmønster 1,11,17,19 ligner på det som er sett i innstillingen av VVH hos mennesker. Mens det er kjent at langvarig trykkoverskudd fører til dekompensert hjertesvikt i omtrent 4-8 uker, virkningene på koronare strømningsdynamikk og strømnings reserve i disse modellene, tidlig i prosessen med sykdomsprogresjon, og på forskjellige stadier etter banding, er ennå å være tydelig avgrenset.

Mange stammer av mus er for tiden tilgjengelige for bruk undersøkelser, inkludert godt karakterisert LDLR - / - eller ApoE - / - mus 10-12, og disse har bedt om utviklingen av følsomme teknikker for å vurdere kardiovaskulær funksjon og morfologi i levende mus 11-15. Slike teknikker innbefatter MR, PET, kontrast CT, høyfrekvent ultralyd, og elektronstråle-tomografi 2,9,17,19, som alle gir lovende alternativer til invasivmetoder som hjerte catheterizations og koronar angiografi 12. Men i mus med svært liten størrelse av koronararteriene og høy hjertefrekvens (HR), avbildning av koronar sirkulasjon fortsatt utgjør en teknisk utfordring for mange tilgjengelige teknikker 4,12. Interessant nok har det vært en eksponentiell økning i tekniske fremskritt innen transtorakal Doppler ekkokardiografi (TTDE), herunder utvikling av høyfrekvente rekke skanne hoder med senterfrekvenser fra 15 til 50 MHz slik aksiale oppløsning på ca 30-100 mikrometer, på dybder på 8-40 mm, og bildefrekvenser høyere enn 400 frames-fanget / sek. I sin tur, har TTDE-baserte teknikker dukket opp som et potensielt kraftig verktøy for bildebehandling større to eller enda mindre fartøyer som koronararteriene 5,12.

En annen kritisk forhånd som har tillatt etterforskerne å gjennomføre diagnostiske imaging studier av blodkar i liten ennimals er nøye kontrollert bruk av bedøvelse som opprettholder hjerte og respirasjonsfrekvens av dyrene under bildebehandling 11. Kontrollert anestesi vedlikehold er spesielt viktig for studier relatert til vasodilatasjon hos mus, og effekten av anestesi må også bli ytterligere undersøkt i denne sammenheng 10,11. Hos mennesker, derimot, har TTDE-avledet CFR målinger blitt en mer vanlig verktøy for evaluering av forsnevrede og ikke-hindret epikardiale koronararteriene, hovedsakelig i venstre fremre nedstigende (LAD) koronar 5,16. Imidlertid har prognostisk rolle CFR og koronare strømnings endringer i asymptomatiske pasienter eller mus med bevart LV systolisk funksjon i ro vært mye mindre utforsket 16. Derfor er målet med denne studien var å først etablere en klar trinn-for-trinn-protokollen, for å evaluere endringer i hjertestrømmen ved hjelp TTDE i en trykk overbelastning musemodell; andre, denne studien undersøkte prognostisk tegnificance av CFR og koronare strømnings endringer i respons til press overbelastning stress i disse musene. Vi antok at TTDE basert vurdering av CFR og koronar flyt kan være nyttig i tidlig deteksjon av koronar dysfunksjon som kan gå forut LV dysfunksjon.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

MERK: Alle prosedyrer ble utført på mus i samsvar med American Veterinary Medical Association (AVMA) retningslinjer og godkjent Institutional Animal Care og Bruk komiteer (IACUC) protokoller.

1. Studer Design

  1. Bruk 8-10 uker gamle hann C57BL / 6 mus (BW ~ 25 g) i studien.
  2. Randomisere mus (n = 11) i to grupper, studiegruppen er valgt for aorta banding (n = 8) og kontrollgruppen (n = 3) for å undergå falske operasjon via toraktomi.
  3. Forberede dyret for bildebehandling ved å fjerne hår fra brystet ved hjelp av hårfjerningskrem som er medisinsk karakter.
  4. Utføre en første ultralyd (§ 2) 24 timer før aorta banding å bestemme utgangsverdier på dag -1, mellom et utvalg på 1% og 2,5% isofluran (blandet med 100% O 2 via nosecone) indusert anestesi.
  5. Velg en medisinsk godkjent anestesimiddel (dvs. isofluran) og overvåke graden av anestesi (2-3% til induce, og 1,0% for å opprettholde).
    MERK: Riktig anestesi er avgjørende i vedlikehold av hjerteslag ved normale fysiologiske priser (ca 500 slag / min).
  6. Bekrefte anestesidybden ved tap av bevegelse fra dyret som svar på en pedal-uttak refleks. Bruk paralube dyrlege salve på øynene for å hindre tørrhet mens under narkose.
  7. Utføre kirurgi på dag 0 20,21.
  8. For aorta banding, ligate aorta ved hjelp av en 7-0 silke sutur rundt en konisk 26 G nål plasseres på buen.
    NOTE: Detaljer angående forsøksprotokollen, inkludert de kirurgiske aorta banding prosedyrer, er blitt beskrevet tidligere 20,21.
  9. Utføre post-kirurgi ultralydavbildning (§ 2) på dag (er) 2, 6 og 13.
  10. Avlive musene på dag 14 og høste hjerter for histologisk vurdering. Avlive dyrene ved hjelp av en overdose av pentobarbital, etterfulgt av fjerning av vitale organer, slik som hjertet. Arrestere hjerter i diastole og fikse med formalin Bruk av fremgangsmåten i hjertet høsting som har blitt beskrevet tidligere 22.
  11. Fikse alle hjerte vev med bufret 10% formalin løsning. For Trichrome flekker, legge vev i parafin før seksjonering. Bruk detaljene Trichrome flekker som har blitt godt illustrert tidligere 14,23.
  12. Analysere data ved hjelp av offline programvare (§ 3).

2. Imaging Protocol

  1. Lange og korte aksen bilder av septal koronar (SCA) (B- Mode)
    1. Hjelp MS550D sonde med senterfrekvens på 40 MHz som er koblet til den aktive-port, sette programmet forhåndsinnstilt til "hjertebilde".
    2. Med dyret liggende på den oppvarmede plattform, og under bedøvelse styres via nesen membran, plasserer sonden med skinnesystem for å oppnå parasternal lange aksen view (PSLAX) (figur 1A). Pass alltid på at dyret holdes varm på prewarmed plattform;m, og kroppstemperaturen blir opprettholdt ved fysiologiske nivåer.
    3. Rotere sonden (med hakk pekende kaudalt) med urviseren, slik at sondevinkelen er 15 ° til venstre parasternal linje (lang-aksen vis) (figur 1B).
    4. Juster sondevinkelen ved å vippe litt langs y-aksen til sonden for å oppnå en full-lengde lengderiss av SCA i midten av skjermen (figur 1B).
    5. Når de riktige landemerker (aortaklaffen og lungearterien) er sett, cine butikken bildet med høyeste bildefrekvens mulig.
    6. Ved å bruke "xy" akser mikro manipulatorer (figur 1D), justere sonde posisjon til å skaffe det klareste bildet av SCA.
    7. Rotere sonden 90 ° (med hakk pekende kaudalt) med urviseren, slik at hakket på proben er til venstre for midtlinjen (korte akse) (figur 1C).
  2. Lange og korte aksen bilder av SCA (farge-Doppler Mode)
    1. Når en B Mode bildet er tatt eller cine-lagret, klikker du fargedoppler-tasten på tastaturet for å slå på fargedoppler akustisk vindu (figur 2).
      MERK: Dette bidrar til å isolere koronararterie (hvit pil indikerer SCA) enten i en lang (figur 2A), eller i den korte akse (figur 2C). Rød farge som sett i sanntid, og er en indikasjon på strømningsretningen (bort fra aorta).
    2. Sikre at fokuset dybde (angitt med en gul pilspiss på høyre del av bildet skjermen), ligger i sentrum av koronar.
    3. Sikre at dataene er tatt opp, ved hjelp av cine-butikken nøkkel, på høyest mulig bildefrekvens (> 100 bilder / sek).
  3. PW Doppler Imaging av SCA (Pulsed-Wave eller PW-modus)
    1. Mens i farge-Doppler-modus, klikk på PW-tasten for å få opp en gul-indikatorlinje på koronar (figur 2, vist i rødt).
    2. Plasser den gulePW linje i midten av kransarterien i sikte, i en vinkel som er en parallell til retningen på strømmen. Vær oppmerksom på at hastighetsmålingene er svært avhengig av vinkelen på bildeopptak.
    3. Justere vinkelen på flow (PW vinkel tasten) og prøvevolum (SV nøkkel) slik at PW vinkel nøkkelen er 60 ° eller mindre og prøvevolum fanger flyte midt i sentrum av SCA.
    4. Bruk cine butikken for å fange opp de bølgeformer som angir hastigheten av den koronare strømmen ved maksimal systole (S) og diastole (D) (figur 3A og 3B), ved anvendelse av 1% og 2,5% isofluran.

3. data Beregning og analyse

  1. Velg hastighet tidsintegralet (VTI) verktøy for å oppnå topp systolisk og diastolisk hastigheter fra bildene som vises i figur 3A og 3B.
  2. Beregn den koronare strømning reserve indeks (CFR) som forholdet mellom hyperemiske (2,5% isofluran) topp diastolisk flav hastighet til baseline (1% isofluran) peak diastolisk strømningshastighet.
  3. Beregn S / D-forhold som den topp systolisk koronare strømningshastighet / peak diastolisk koronare strømningshastighet. Bestemme forholdet i utgangspunktet (1% isofluran) og ved hyperemi (2,5% isofluran).
  4. For standard hjertefunksjonsparametere som FS, FAC, LVM, se veiledningene fra produsenten til å utføre dataanalyse ved hjelp av proprietær programvare eller henvise til Cheng Jove papir 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Av de 11 mus som ble studert (banded, n = 8 og humbug, n = 3), tilstrekkelig og reproduserbare bildene ble innhentet av en enkelt observatør på flere tidspunkter: i utgangspunktet (D-1), D2, D6 og D13 . Også, strømningshastigheten ved konstriktiv området ble målt til 2225 ± 110,9 mm / sek, sammenlignet med 277,5 ± 10,51 mm / s i sham mus på dagen etter kirurgi (p <0,05). Økningen i hastighet var verifisering av vellykket etablering av trykk overbelastning modell. SCA strømningshastighet, også referert til her som CF hastighet, CFR, og S / D-forhold ble vellykket vurderes ved start og under hyperemia i alle mus. Vist i figur 3 er CF endringer i sham-mus under 1% og 2,5% isofluran. Humbug gruppen viste grunnlinjen diastolisk CF hastighet på ~ 200 mm / s og hyperemia indusert CF hastighet på> 600 mm / s. Økning i diastolisk CF hastigheten og ble opprettholdt i 13 dager i alle mus (n = 3, p> 0,05). Visti figurene 3E og 3F er CF endringene nevnt i banded mus, på 1% og på 2,5% isofluran, henholdsvis. Disse musene viser et lignende mønster av induksjon av hyperemiske (2,5%) i løpet av basislinje (1%) CFvelocity. Men i denne gruppen, det diastoliske CF hastighet viste en dramatisk og en systematisk reduksjon over 14-dagers evalueringsperioden. Spesielt ble det diastoliske CF hastigheten i denne gruppen svekket fra 600 mm / s (baseline) til <200 mm / sek (Dag 13, post banding). Figur 4B oppsummerer hyperemiske problem sett i CF hastighetsendringer, i de to gruppene mus, vurdert over 14 dager.

CFR blir beregnet som forholdet mellom topp diastolisk strømningshastigheten i SCA under maksimal vasodilatasjon indusert med 2,5% isofluran å hvile strømningshastighet i henhold til en minimal% isofluran. Figur 4C viser et sammendrag av endringer sett i CFR som evaluert i forloren og båndede mus. I motsetning til humbug gruppen, banded mus viste enmerket og kontinuerlig nedgang i CFR, som starter på dag 3 etter operasjonen og som vedvarer gjennom Dag 13. Dette jevn reduksjon i CFR var forenlig med progressiv koronar feilregulering forårsaker en reduksjon i myokardperfusjonen, antagelig forårsaket av økningen i afterload på grunn av aorta banding ( n = 4, p <0,05). Før banding, ble gjennomsnittlig CFR for mus beregnet som 2,53 ± 0,47, men etter 13 dager etter banding, CFR i samme mus redusert til 0,59 ± 0,27.

Systolisk til diastolisk koronar hastighetsforhold (S / D ratio) representerer en annen indikator på koronar dysfunksjon. CF skjer i hovedsak under diastolen forhold til systole. Som sådan, CF i diastolen spiller en fremtredende rolle i å opprettholde myokardperfusjon 9,15. Det har blitt rapportert at på den andre sida av koronar stenose, er det en trend mot en utjevning av systolisk og diastolisk bidrag til total CF 17. I tillegg er en signifikant forskjell blitween S / D-forholdet har blitt observert mellom normale og syke arterier 18. En cut-off verdi av S / D-forhold som 0,58 ble foreslått for å skille mellom store og ikke-signifikante lesjoner.

Som vist i figur 5, er dette / D verdi økte betydelig i banded gruppe, både ved start og i hyperemiske tilstand. Det var en betydelig reduksjon av diastolisk koronar strømningshastighet etter aorta banding. Dette delvis bidratt til heving av S / D ratio (D0 til D13, 0,45 ± 0,05 til 0,83 ± 0,02 i baseline og 0,27 ± 0,02 til 0,27 ± 0,01 i hyperemiske status). Som en kompenserende mekanisme i respons til nedsatt oksygentilførsel og redusert myokardial perfusjon, økt LV kontraktilitet, hvilket resulterer i en samtidig økning av koronar systolisk strømningshastighet (D0 til D13, 89,2 ± 3,2 til 202,5 ​​± 0,85 mm / sek).

Ekko data ble testet mot histopatologiske data innhenteed fra hjertene som ble høstet på dag 14, fra alle dyr. Sistnevnte teknikk er dagens gullstandard for koronar funksjon vurdering 11. Evaluert i studien de hemodynamiske parametrene korrelert godt med histopatologiske endringer i muse SCA. Som vist i figur 6, Masson s Trichrome flekker på hjerteseksjoner vist på økt myokardial og peri-koronar arteriell fibrose i bundet gruppe (n = 4) sammenlignet med sham-gruppen (n = 2).

Som vist i figur 7, ble intra- og inter-observatør variabilitet vurdert. For intra-observatørvariabilitet, ble 20 tilfeldige bølgeformer og bilder for hver mus valgt for gjentatte målinger som ble utført en uke fra hverandre. Det var ingen signifikante forskjeller i rushhastighetene målt. For inter-observatør variasjon, to erfarne observatører evaluert kurve opptak i en blindet måte. Det var ingen signifikant differenCES i verdiene oppnådd.

I tillegg ble det ingen vesentlige endringer sett i de tradisjonelle ekkokardiografiske parametre som brukes for å vurdere LV funksjon eller hjertefysiologi løpet av 14 dager (figur 8 og 9).

Tatt sammen resultatene av studien viste signifikante endringer i koronarsirkulasjonen i SCA i alle mus. Det er også bemerkelsesverdig at ultralyd-baserte endringer i CF innledes endringer i konvensjonelt vurdert LV funksjon, således reflekterer følsomheten av fremgangsmåten. Selv om studien ble utført på et meget lite antall mus, resulterer fortsatt viste et høyt nivå av betydning mellom de to gruppene med hensyn til alle relevante parametere.

Figur 1
Figur 1:. Ultralyd-basert vurdering av koronar flyt Den røde linjen viser the posisjonen til sonden for å skaffe (A) parasternal lange aksen (PSLAX) av hjertet, og (B) Modifisert parasternal korte aksen view (mod-PSALX). Den prikkete som viser at ved å rotere sonden 15 ° med klokken fra posisjon (A), kan CF oppdages i SCA, i nærheten av aortic sinus og RVOT; (C) Kort-aksen view (SAX) letter avbildning av CF hjelp av tverrgående aorta-nivå visning (D) xy retning av sonden er indikert.

Figur 2
Figur 2. koronar flow (CF) deteksjon ved hjelp av mod-PSLAX og SAX utsikt. (A) Mod-PSLAX visning demonstrerer CF i lumen av SCA parallelt med den lange aksen av hjertet, og ved 10:00 posisjon langs IVS, nær AV (B) illustrerer mod-PSLAX å indikere locasjon av SCA og omkringliggende strukturer (C) Den korte aksen visningen viser CF opprinnelse fra aortaklaffen mot en posisjon. (D) Den illustrasjon av korte aksen vis for å lette identifiseringen av SCA. Viktige landemerker er i tabellen over forkortelser.

Figur 3
Figur 3: svekkede endring av koronar flow (CF) hastighet i banded mus henhold hyperemia sammenlignet med Sham (A) Den gule linjen fremhever CF toppen i systole (S) og diastolen (D). (B) Illustrasjonen viser topp systolisk og diastolisk strømningshastighet. Også vist er endringer av diastolisk CF i humbug mus, under (C) 1% og (D) 2,5% isofluran tyder på en hyperemiske induksjon av CF i koronar i humbug gruppen. Grunnlinjen diastolisk CF oppdages er ~ 200 mm / sek og stiger til> 600 mm / sek etter hyperemia Endringer av diastolisk CF i banded mus under (E) 1% og (F) 2,5% isofluran. Som vist i denne gruppen, endringer i (E) før og etter hyperemia, var lik den humbug gruppen. Etter banding, men (F) ble markert svekket (fra 600 m / sek til <200 m / sek), spesielt i henhold til hyperemi.

Figur 4
Figur 4: Sammenligning av CF hastighet og CFR endringer i humbug og banded mus. (A) CF hastighetsendringer i begge grupper under 1% isofluran. CF ble målt som ~ 200 mm / sek i både humbug og banded mus, før hyperemiske induksjon. (B) CF hastighetsendring hos mus under 2,5% isofluran. CF-hastighet ble kontinuerlig redusert over dager etter aorta banding. På D13, the CF av humbug og banded mus viste signifikant forskjell (*: p <0,05). (C) Oppsummering av endringen i CFR i humbug og banded mus. Sammenlignet med de humbug mus, CFR av banded mus kontinuerlig redusert, sammenfaller med nedgangen i CF hastighet. Dette fenomenet indikerer aorta banding indusert økning av afterload og dette bidro til koronar dysfunksjon. (N = 8, *: p <0,05). CFR = CF 2,5% / CF 1,5%)

Figur 5
Figur 5: Den forandring av S / D-forhold på under 1% og 2,5% isofluran i forloren og båndede mus (A) Endringen av S / D-forholdet i begge grupper på ikke-hyperemi (1% isoflorane).. S / D-forholdet økes etter kirurgi og var signifikant på D9 og D13, selv i ro (n = 11, *: p <0,05). (B) Den forandring av S / D-forholdet i begge grupper under hyperemi (2,5% isofluran). S / D-forhold også signifikant økt etter operasjonen i den hyperemiske tilstand (n = 11, *: p <0,05). S / D = koronare strømningshastighet i systolen / koronare strømningshastighet i diastole.

Figur 6
Figur 6:. Myorcardial og pericoronary arterie fibrose oppdaget av Masson Trichrome farging Farging ble utført i humbug og banded mus, to uker etter aorta banding. (A) Bare begrenset fibrose ble observert i midten av hulrommet i LV i humbug mus (20X). (B) bilder under høyere forstørrelse (400X) viste også snaut fibrose rundt peri-koronar området (hvit pil indikerte fibrose). (C) I mus hjerte følgende aorta banding økte blå fibrotisk området betraktelig (20X). (D) Peri-koronar fibrose var også signifgrad å utvidet i denne gruppen (pilspiss) (X400). De histologiske data tatt sammen korrelerer med vår ekko basert observasjon av koronar dysfunksjon.

Figur 7
Figur 7:. Intra- og inter-observatør påliteligheten av CF-måling (A) Den intra-observatør pålitelighet indikerte høy en signifikant korrelasjon (R2 = 0,92). (B) Den inter-observatør pålitelighet viste også høy korrelasjon mellom ulike observatører (R 2 = 0,88).

Figur 8
Figur 8:. Hjertet til kroppsvekt (HW / BW) forhold og våt til tørr (W / D) lunge vekt-forhold i humbug og banded mus (A) HW / BW forholdet var ikke signifikant forskjellig mellom humbug og banded mus ved Day 15 (n= 11, p> .05). (B) W / D lunge forholdet var lik i to grupper.

Figur 9
Figur 9: hjertefrekvens (HR) og konvensjonelle ekkokardiografiske parametre (A) HR ikke ble vesentlig endret.. Som vist i (B) venstre ventrikkel ejeksjonsfraksjon (LVEF) ble ikke signifikant redusert. (C) Delvis forkorting (FS) var lik i de to gruppene. (D) Venstre ventrikkelmasse (LVM) viste ingen signifikant forskjell i de to gruppene, 13 dager etter banding.

Fullt navn Forkortelse
Aortastenose AS
Aortaklaffen AV
Koronar flyt reserve CFR
Hjertesvikt CHF
Brøk forkorting FS
Hjerte priser HR
Hjerte til kroppsvekt-forholdet HW / BW
Inter-kammerseptum IVS
Venstre atrium LA
Venstre fremre nedstigende LAD
Venstre koronararterie LCA
Venstre ventrikkel ejeksjonsfraksjon LVEF
Venstre ventrikkel LV
Venstre ventrikkel hypertrofi LVH
Venstre ventrikkelmasse LVM
Parasternal lang akse utsikt PSLAX
Lungearterien PA
Høyre atrium RA
Høyre ventrikkel RV
Short-aksen utsikt SAX
Septal koronar SCA
Systolisk til diastolisk strømforhold S / D
Transtorakal Doppler ekkokardiografi TTDE
Velocity Tid Integral VTI
Våt til tørr lunge vekt-forhold W / D

Tabell 1: Forkortelser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I denne ultralydbasert studie, ble ikke-invasiv vurdering av koronare strømmen reproduserbart utført i sann tid, i løpet av dager, i levende eksperimentelle mus; Videre demonstrerte protokollen potensialet til å detektere koronar dysfunksjon som var til stede på et tidlig stadium og er forbundet med mangel på myokardial perfusjon. Denne metoden kan til slutt bli utnyttet som et klinisk verktøy for kardiovaskulær risiko stratifisering og / eller vurdere respons på terapeutisk intervensjon.

For det første er en detaljert protokoll beskrevet for visualisering av de anatomiske og funksjonelle endringer i koronararterie av den lille størrelse mus hjertet, ved hjelp av sekvensiell avbildning over tid med høyfrekvent fargedoppler ekkokardiografi. Ved å nøye forhånds velge et sett med komplementære akustiske vinduer med høy aksial oppløsning, tett justert prøvevolum, og riktig anestesi kontroll, noe operatøren (med litt trening på ultralydmaskinen) kan perform alle de foreslåtte trinnene i bildeprotokollen samt post-hoc offline analyser av de innsamlede data. Metoden tillater reproduserbar visualisering av venstre koronar hoved og tillater modulering av visualisert koronar funksjon. Denne protokollen kan utføres på små dyr, slik som mus eller rotter, med høye hjerte og respirasjonsfrekvens. Det er mulig å få pålitelige data fra sekvensiell avbildning i løpet av dager eller uker, noe som gjør det mulig for forskere å følge funksjon ikke-invasiv måte og i lengderetningen i en gitt forsøksmodell.

Sekund, søker studien å evaluere små fartøy som er kritiske til riktig hjertefunksjon, ved å evaluere de små og tidlige endringer i intra-koronar fysiologi (forekommer i løpet av minutter) innenfor rammen av den generelle tilstanden i hjertefysiologi (f.eks LV-funksjon). Trinnene i protokollen kan utføres i en ikke-invasiv, nøyaktig og reproduserbar måte. Målingene som oppnås i sanntidkan oppnås ved hvilken som helst operatør med litt trening på bruk av maskinen og grunnleggende anatomi. Videre de spesifikke vaskulære indekser målt her, som CFR og S / D, kan oppnås ved hjelp av noen offline måling programvare, og ikke bare den proprietær programvare levert av maskinprodusenten. Disse indekser kan også anvendes på en hvilken som helst dyremodell av interesse, slik som ApoE - / - eller LDR R - / - modeller, som kan brukes til å studere aterosklerose. Derfor, representerer fremgangsmåten et sterkt oversettbare verktøy for bruk i studier av en rekke kardiovaskulære fenotyper.

Nyheten av metodikken ligger i dens smidighet. Det er også lett modifiserbar i form av mindre justeringer som å endre sonde plassering, valg av probe frekvens (høyest sentrum-frekvens bør bli plukket for lav hastighet flyt vurdering som iskemi studier), sample-volum (mindre sample-volum avkastning mer nøyaktig peak vurdering) og vinkelkorreksjon (0 ° til 60 °PW vinkel, er nærmere 0 ° mer nøyaktig), slik at enhver operatør kan trenes til å oppnå nøyaktige absolutte hastigheter på koronar, septal eller venstre-main ved å følge anatomiske landemerker som PA eller aortarot.

Små og tidsmessige endringer kan være generelt vanskelig å måle, og kan innebære en høy feilrate, relatert til fysiologiske endringer i åndedrett eller puls. Feilsøking vanligvis innebærer identifisering av riktige landemerker proksimale til opprinnelsen til koronar og vedlikehold av normal fysiologisk hjertefrekvens. Ved å overvåke zoofysiologi ved hjelp av et EKG-signal overvåkingsverktøy, som er forbundet med bildeapparat, gjør det mulig for en hvilken som helst protokoll operatøren å overvåke effekten av eventuelle vasomodulator (vasokonstriktor eller dilator), under avbildning.

Riktig valg, rute og dose av anestesi nivåer kan anses som kritiske determinants riktig estimering av strømningsdynamikk. En limitatipå av studien kunne være bruk av isofluran. Det er kjent å føre til hjertedepresjon og endre lumendiameter i noen studier på en doseavhengig måte 7,10. Men bildene i denne studien innhentet i løpet av minutter, og ved å bruke en kontrollert anestesi system, kan man nøyaktig beregne CF, CFR og S / D til enhver tilstand av mus fysiologi inkludert hypoksi, normoxia, vasodilatasjon, eller vaskulær innsnevring, med minimal effekt av hjertefrekvensen. En annen begrensning er mangelen på gullstandarden i korrelasjon mellom CFR og koronarlumendiameter in vivo i mus, på grunn av meget små prøvevolum som kan oppnås fra mus. Imidlertid, som vist i mennesker denne ulempe kan overvinnes ved potensielt histologisk vurdering av koronar morfologi med kvantitativ ekkokardiografi for å skaffe koronar diameter 4,24.

Ved å bruke alle nødvendige tiltak skissert i bilde protokollen (trinn 2.1.1-2.3.4), CFR og S/ D ratio verdier i mus er oppnåelig innen få minutter. Høykvalitetsbilder gjengi dataene robust og med lav intra- og inter-observatør variabilitet.

I sammendraget, bilde protokollen, avgrenset her, gir en nøyaktig diagnostisk verktøy som representerer et alternativ til eksisterende invasive alternativer som koronar kateterisering, Doppler-wire eller post-mortem histopatologiske undersøkelser.

Til sammen funnene i denne studien viser at en ikke-invasiv metode for koronar funksjonell vurdering som et gjennomførbart og levedyktig klinisk diagnostisk verktøy som kan brukes i små dyr forskning. En slik ikke-invasiv metode kan bidra i vesentlig grad å redusere kravet til dyr bruk, eutanasi, eller obduksjon i eksperimentelle modeller.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Depilatory cream Miltex, Inc. Surgi-Prep Apply 24 hours prior to imaging
Isoflurane Baxter International Inc. NDC 10019-773-40 2-3% for induction, and 1-1.5 % for maintenance; heart beats will be maintained at above 500 beats per minute
High Frequency Ultrasound FUJIFILM VisualSonics, Inc. Vevo 2100
High-frequency Mechanical Transducer FUJIFILM VisualSonics, Inc. MS250, MS550D, MS400

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Yang, F., et al. Coronary artery remodeling in a model of left ventricular pressure overload is influenced by platelets and inflammatory cells. PloS one. 7, e40196 (2012).
  2. Cheng, H. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. Journal of visualized experiments : JoVE. e51041 (2014).
  3. Meimoun, P., et al. Factors associated with noninvasive coronary flow reserve in severe aortic stenosis. Journal of the American Society of Echocardiography : official publication of the American Society of Echocardiography. 25, 835-841 (2012).
  4. Bratkovsky, S., et al. Measurement of coronary flow reserve in isolated hearts from mice. Acta physiologica Scandinavica. 181, 167-172 (2004).
  5. Wu, J., Zhou, Y. Q., Zou, Y., Henkelman, M. Evaluation of bi-ventricular coronary flow patterns using high-frequency ultrasound in mice with transverse aortic constriction. Ultrasound in medicine & biology. 39, 2053-2065 (2013).
  6. Hartley, C. J., et al. Effects of isoflurane on coronary blood flow velocity in young, old and ApoE(-/-) mice measured by Doppler ultrasound. Ultrasound in medicine & biology. 33, 512-521 (2007).
  7. Hartley, C. J., et al. Doppler estimation of reduced coronary flow reserve in mice with pressure overload cardiac hypertrophy. Ultrasound in medicine & biology. 34, 892-901 (2008).
  8. Saraste, A., et al. Coronary flow reserve and heart failure in experimental coxsackievirus myocarditis. A transthoracic Doppler echocardiography study. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 291, H871-H875 (2006).
  9. Scherrer-Crosbie, M., Thibault, H. B. Echocardiography in translational research: of mice and men. Journal of the American Society of Echocardiography : official publication of the American Society of Echocardiography. 21, 1083-1092 (2008).
  10. Caiati, C., Montaldo, C., Zedda, N., Bina, A., Iliceto, S. New noninvasive method for coronary flow reserve assessment: contrast-enhanced transthoracic second harmonic echo Doppler. Circulation. 99, 771-778 (1999).
  11. Barrick, C. J., Rojas, M., Schoonhoven, R., Smyth, S. S., Threadgill, D. W. Cardiac response to pressure overload in 129S1/SvImJ and C57BL/6J mice: temporal- and background-dependent development of concentric left ventricular hypertrophy. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 292, H2119-H2130 (2007).
  12. Wikstrom, J., Gronros, J., Gan, L. M. Adenosine induces dilation of epicardial coronary arteries in mice: relationship between coronary flow velocity reserve and coronary flow reserve in vivo using transthoracic echocardiography. Ultrasound in medicine & biology. 34, 1053-1062 (2008).
  13. Snoer, M., et al. Coronary flow reserve as a link between diastolic and systolic function and exercise capacity in heart failure. European heart journal cardiovascular Imaging. 14, 677-683 (2013).
  14. Gan, L. M., Wikstrom, J., Fritsche-Danielson, R. Coronary flow reserve from mouse to man--from mechanistic understanding to future interventions. Journal of cardiovascular translational research. 6, 715-728 (2013).
  15. Mahfouz, R. A. Relation of coronary flow reserve and diastolic function to fractional pulse pressure in hypertensive patients. Echocardiography (Mount Kisco, N.Y). 30, 1084-1090 (2013).
  16. Kawata, T., et al. Prognostic value of coronary flow reserve assessed by transthoracic Doppler echocardiography on long-term outcome in asymptomatic patients with type 2 diabetes without overt coronary artery disease). Cardiovascular diabetology. 12, 121 (2013).
  17. Miller, D. D., Donohue, T. J., Wolford, T. L., Kern, M. J., Bergmann, S. R. Assessment of blood flow distal to coronary artery stenoses. Correlations between myocardial positron emission tomography and poststenotic intracoronary Doppler flow reserve. Circulation. 94, 2447-2454 (1996).
  18. Wada, T., et al. Coronary flow velocity reserve in three major coronary arteries by transthoracic echocardiography for the functional assessment of coronary artery disease: a comparison with fractional flow reserve. European heart journal cardiovascular Imaging. 15, 399-408 (2014).
  19. Hartley, C. J., et al. Doppler velocity measurements from large and small arteries of mice. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 301, H269-H278 (2011).
  20. Almeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. Journal of visualized experiments : JoVE. 1729 (2010).
  21. Rockman, H. A., Wachhorst, S. P., Mao, L., Ross, J. ANG II receptor blockade prevents ventricular hypertrophy and ANF gene expression with pressure overload in mice. American Journal of Physiology. H2468-H2475 (1994).
  22. Virag, J. A., Lust, R. M. Coronary artery ligation and intramyocardial injection in a murine model of infarction. Journal of visualized experiments : JoVE. 2581 (2011).
  23. Niu, X., et al. beta3-adrenoreceptor stimulation protects against myocardial infarction injury via eNOS and nNOS activation. PloS one. 9, e98713 (2014).
  24. Ross, J. J., Ren, J. F., Land, W., Chandrasekaran, K., Mintz, G. S. Transthoracic high frequency (7.5 MHz) echocardiographic assessment of coronary vascular reserve and its relation to left ventricular mass. Journal of the American College of Cardiology. 16, 1393-1397 (1990).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats